[论文解读] The Sloan Digital Sky Survey Reverberation Mapping Project: UV-Optical Accretion Disk Measurements with Hubble Space Telescope

Y. Homayouni, Megan R. Sturm+11 more|arXiv (Cornell University)|May 6, 2021

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 71被引用 11

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜的紫外光曲线和史密松天体物理台-巡天项目（SDSS-RM）的地面光学光曲线，对8个高红移类星体（0.24 < z < 0.85）进行了紫外-光学滞后映射。通过应用JAVELIN和CREAM滞后估计方法，并结合MCMC拟合，发现吸积盘大小和温度分布总体与Shakura & Sunyaev模型一致；当完整建模盘面结构时，滞后时间指示的盘尺寸约为SS73预测值的2倍，且与黑洞质量无显著依赖关系。

ABSTRACT

We present accretion-disk structure measurements from UV-optical reverberation mapping observations of a sample of eight quasars at 0.24<z<0.85. Ultraviolet photometry comes from two cycles of Hubble Space Telescope monitoring, accompanied by multi-band optical monitoring by the Las Cumbres Observatory network and Liverpool Telescopes. The targets were selected from the Sloan Digital Sky Survey Reverberation Mapping (SDSS-RM) project sample with reliable black-hole mass measurements from Hbeta reverberation mapping results. We measure significant lags between the UV and various optical griz bands using JAVELIN and CREAM methods. We use the significant lag results from both methods to fit the accretion-disk structure using a Markov chain Monte Carlo approach. We study the accretion disk as a function of disk normalization, temperature scaling, and efficiency. We find direct evidence for diffuse nebular emission from Balmer and FeII lines over discrete wavelength ranges. We also find that our best-fit disk color profile is broadly consistent with the Shakura \& Sunyaev disk model. We compare our UV-optical lags to the disk sizes inferred from optical-optical lags of the same quasars and find that our results are consistent with these quasars being drawn from a limited high-lag subset of the broader population. Our results are therefore broadly consistent with models that suggest longer disk lags in a subset of quasars, for example, due to a nonzero size of the ionizing corona and/or magnetic heating contributing to the disk response.

研究动机与目标

• 测量高红移类星体的紫外-光学连续谱滞后，以探究吸积盘结构。
• 检验观测到的滞后是否与Shakura & Sunyaev薄盘模型一致。
• 评估盘面归一化、温度标度和辐射效率对推断盘尺寸的影响。
• 评估低信噪比光学光曲线中滞后测量的可靠性。

提出的方法

• 对8个SDSS-RM类星体进行了多波段紫外（HST）和光学（Las Cumbres Observatory、Liverpool Telescope）测光监测。
• 应用JAVELIN和CREAM方法测量紫外-光学时延，并进行稳健的不确定性估计。
• 使用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）技术联合拟合盘面归一化、温度分布和辐射效率。
• 通过模拟具有真实噪声和采样率的光曲线，验证滞后恢复和不确定性估计的可靠性。
• 在MCMC拟合中引入滞后检测极限，以避免盘尺寸测量中的偏差。
• 将结果与同一类星体的光学-光学滞后进行比较，以评估其与更广泛类星体群体的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 高红移类星体的紫外-光学滞后是否与Shakura & Sunyaev模型预期的τ ∝ λ^4/3 标度关系一致？
• RQ2 测量得到的盘尺寸是否显著偏离SS73模型预测？若偏离，可能的物理解释是什么？
• RQ3 在本样本中，盘尺寸或滞后是否与黑洞质量或吸积率存在依赖关系？
• RQ4 在低信噪比光学光曲线中，滞后测量的可靠性如何？其不确定性估计是否准确？
• RQ5 在MCMC拟合中包含盘面颜色分布和效率时，对推断盘尺寸有何影响？

主要发现

• 最佳拟合的盘面颜色分布总体与Shakura & Sunyaev盘模型一致。
• 测量得到的紫外-光学滞后与更广泛的类星体群体一致，尤其与滞后时间较长的一组类星体一致。
• 仅拟合盘面归一化时，盘尺寸约为SS73模型预测值的5–6倍；但加入完整结构后，尺寸增大约2倍，且不确定性更大。
• 后验预测检查显示，滞后与黑洞质量无显著依赖关系，与无依赖关系及M^1/3_BH标度均一致。
• 模拟结果证实，滞后不确定性估计可靠，且低信噪比光学光曲线未引入偏差。
• 结果支持某些类星体存在更长滞后时间的模型，可能源于有限的电离冕尺寸或磁加热效应。